用于流体调节装置的控制部件的制作方法

本发明大体上涉及一种诸如流体或气体调节器的流体调节装置，更具体地，涉及一种用于流体调节装置的控制部件。

背景技术：

调节器通常用在流体或气体分布系统中来控制调节器的系统下游中的压力。已知地，典型的气体分布系统供给气体处的压力可能根据施加于系统上的需求、气候、供给源和/或其它因素而改变。然而，装配有诸如火炉和烤炉等气体装置的大多终端用户设备需要气体根据预定的压力参数来传递。因此，这些分布系统使用气体调节器来确保传递的气体满足终端用户设备的需求。

直接操作式流体调节器主要设计用于工业和商业应用，将诸如天然气和丙烷等流体供给到火炉、炉子以及其它的装置，这在本领域是已知的。流体调节器典型地用于将流体的压力调节到基本恒定的值。特别地，流体调节器具有在较高的压力下典型地接收供给流体的入口，并且在出口处提供相对较低并基本恒定的压力。为了调节下游压力，流体调节器通常包括用来感应与下游压力流体连通的出口压力的感应元件或隔膜。

技术实现要素：

根据本发明的第一个示例性方面，提供一种用于流体调节装置的控制部件。所述控制部件包括顶侧、底侧和装置，所述顶侧适于在所述控制部件处于闭合位置时接合阀座，所述装置用于减小由在所述控制部件附近流动的流体施加到所述控制部件的所述底侧上的吸力。

根据本发明的第二个示例性方面，提供一种用于流体调节装置的控制部件。所述控制部件包括顶侧、底侧和外缘。所述顶侧适于在所述控制部件处于闭合位置时接合所述流体调节装置的阀座。所述外缘从所述底侧向外延伸到所述底侧下面的位置。所述外缘被配置成通过引导流动通过流体通道的流体远离所述控制部件的所述底侧来减小施加到所述控制部件的所述底侧上的向下力。

根据本发明的第三个示例性方面，提供一种流体调节装置。所述流体调节装置包括阀体、耦接到所述阀体的致动器组件、阀座以及阀杆组件。所述阀体具有入口、出口和限定在所述入口和所述出口之间的流体通道。所述致动器组件包括上壳体、固定到上壳体的下壳体以及布置在所述上壳体和所述下壳体之间的隔膜组件。所述阀座沿着所述流体通道布置在所述阀体中。所述阀杆组件可操作地连接到所述隔膜组件以随着所述隔膜组件移动。所述阀杆组件包括阀杆和控制部件，所述控制部件可操作地连接到所述阀杆并相对于所述阀座可移动来控制通过所述流体通道的流体流动。所述控制部件包括具有顶侧和底侧的本体，所述顶侧被配置成在所述控制部件处于闭合位置时接合所述阀座。所述控制部件还包括外缘，所述外缘从所述本体向外延伸到所述底侧下面的位置。所述外缘被配置成引导流动通过流体通道的流体远离所述控制部件的所述底侧。

根据本发明的第四个示例性方面，提供一种流体调节装置。所述流体调节装置包括阀体、耦接到所述阀体的致动器组件、阀座以及阀杆组件。所述阀体具有入口、出口和限定在所述入口和所述出口之间的流体通道。所述致动器组件包括上壳体、固定到上壳体的下壳体以及布置在所述上壳体和所述下壳体之间的隔膜组件。所述阀座沿着所述流体通道布置在所述阀体中。所述阀杆组件可操作地连接到所述隔膜组件以随着所述隔膜组件移动。所述阀杆组件包括阀杆和控制部件，所述控制部件可操作地连接到所述阀杆并相对于所述阀座可移动来控制流体通过所述流体通道的流体流动。所述控制部件包括顶侧、底侧和外周边缘，所述顶侧被配置成在所述控制部件处于闭合位置时接合所述阀座。所述外周边缘具有位于所述顶侧和所述底侧之间的第一部分和从所述第一部分向外延伸到所述底侧下面的位置的第二部分。所述第二部分被配置成引导流动通过流体通道的流体远离所述控制部件的所述底侧。

进一步，根据前述第一、第二、第三或第四示例性方面中的任何一个或多个，控制部件和/或流体调节装置可包括下面进一步优选的形式中的任何一个或多个。

在一种优选的形式中，用于减小施加到所述控制部件的所述底侧上的吸力的装置包括从所述底侧向外延伸到所述底侧下面的位置的外缘。所述外缘被配置成通过引导流动通过所述流体通道的流体远离所述控制部件的所述底侧来减小施加到所述控制部件的所述底侧上的向下力。

在另一个优选的形式中，所述外缘与所述控制部件的本体的圆周边缘径向对齐。

在另一个优选的形式中，所述控制部件包括本体，所述本体包括顶侧和底侧。用于减小施加到所述控制部件的所述底侧上的吸力的装置从所述本体向外延伸到所述底侧下面的位置。

在另一个优选的形式中，所述控制部件包括本体，所述本体具有第一环形部分和第二环形部分，所述第二环形部分的直径大于所述第一环形部分的直径，用于减小施加到所述控制部件的所述底侧上的吸力的装置包括所述第二环形部分。

在另一个优选的形式中，所述控制部件包括具有外周边缘的本体，用于减小施加到所述控制部件的所述底侧上的吸力的装置包括所述外周边缘的一部分。

在另一个优选的形式中，紧固件将所述控制部件连接到所述阀杆。所述紧固件能够被凹陷入所述控制部件中。

在另一个优选的形式中，通孔穿过所述控制部件形成，将所述控制部件连接到所述阀杆的紧固件设置在所述控制部件的顶侧和底侧之间的所述通孔中。

在另一个优选的形式中，通孔穿过所述控制部件形成。所述通孔被配置成容纳用于将所述控制部件连接到所述阀杆的紧固件。

在另一个优选的形式中，所述外缘周向地围绕所述控制部件的所述底侧。

在另一个优选的形式中，所述外周边缘的所述第二部分周向地围绕所述控制部件的所述底侧。

在另一个优选的形式中，所述外周边缘的第二部分的直径大于所述外周边缘的第一部分的直径。

在另一个优选的形式中，所述外周边缘的第二部分与所述外周边缘的第一部分径向地对齐。

附图说明

图1是具有常规的控制部件的流体调节装置的横截面视图。

图2a是根据本发明的第一公开实施例的教导所构造的控制部件的透视图。

图2b是图2a的控制部件的横截面视图，该控制部件连接到图1中的流体调节装置的阀杆。

图3是根据本发明的第二公开实施例的教导所构造的控制部件的透视图。

图4是装配有图1的常规控制部件的流体调节装置、装配有图2a和图2b的控制部件的流体调节装置以及装配有图3的控制部件的流体调节装置根据流速的下游压力的图表。

具体实施方式

图1示出了流体调节器10，其大体上包括致动器组件100和阀体200。致动器组件100通过螺柱400和锁紧螺母405被耦接(例如，固定)到阀体200，然而致动器组件100还可通过任何其它已知的装置耦接到阀体200。

致动器组件100具有上壳体110和下壳体120，上壳体110通过螺母410和螺栓415或任何其它已知的装置耦接到下壳体120，在组装时限定腔室140。下面将详细描述的隔膜组件150被固定在上壳体110和下壳体120之间，并将腔室140分成位于隔膜组件150上面的上部分142和位于隔膜组件150下面的下部分144。

上壳体110具有从其延伸的圆柱形壁112。圆柱形壁112具有螺纹内表面113并在一端限定开口114。调节螺钉160被螺接到上壳体110的圆柱形壁112中，封闭盖170被螺接到圆柱形壁112的开口114中，以保护调节螺钉160并防止杂物进入致动器组件100。弹簧180布置在腔室140的上部分142中、调节螺钉160和隔膜组件150之间，以朝着阀体200偏置隔膜组件150。另一开口116也形成在上壳体110中，以将腔室140的上部分142与大气流体地连接。在图示的具体实施例中，本领域中已知的稳定器组件118邻近开口114布置，以控制流体通过开口116流入和流出腔室140的上部分142。

下壳体120具有从其延伸的壁122。壁122具有圆柱形内表面128，其终止于肩部并限定平衡腔室126的一部分。凸缘124从壁122向外延伸并具有容纳螺柱400的孔隙。螺纹开口132也形成在下壳体120中，并能够用来将下壳体120连接到外部控制线路(未图示)，螺纹开口能够用来流体地耦接腔室140的下部分144和下游管路，这将在下面详细讨论。

隔膜组件150大体上包括隔膜152、隔膜板154、弹簧座156、顶部密封垫圈158和底部密封垫圈159。隔膜152在其外边缘处固定于上壳体110和下壳体120之间，并具有在中心处形成的用于容纳阀杆组件240的阀杆242的开口。隔膜板154邻近隔膜152布置，以向隔膜152的内部分提供支撑。弹簧座156邻近隔膜板154布置来容纳弹簧180的一端。顶部密封垫圈158和底部密封垫圈159布置在隔膜152的相对两侧上，用以将隔膜152和隔膜板154固定到下面更详细讨论的阀杆242，并提供密封来阻止流体通过隔膜152中的开口在腔室140的上部分142和下部分144之间流动。

本体200限定流体入口122、流体出口214和流体地连接入口212和出口214的流体通道216。开口218形成在本体200中，与入口212流体地连通并与流体通道216对齐。调节器10还包括阀座插入件220、阀笼230和阀杆组件240。阀座插入件220被固定到流体通道216中并提供或限定座表面222。阀笼230布置在开口218中并具有顶壁232、大体圆柱形的侧壁236以及多个支撑腿238，侧壁236从顶壁232的一侧延伸并限定圆柱形平衡腔室126的第二部分，支撑腿238相对于侧壁236从顶壁232的另一侧延伸来将阀笼230支撑在本体200上。孔隙234穿过顶壁232的中间部分形成，用来容纳阀杆组件240的套筒250。

阀杆组件240大体上包括阀杆242、套筒250、控制部件260和登记盘(registrationdisk)262。阀杆242是大体圆柱形的杆，其延伸穿过下壳体120中的孔隙并具有第一螺纹端244，第一螺纹端244延伸穿过底部密封垫圈159、隔膜152、隔膜板154、弹簧座156和顶部密封垫圈158中的开口。底部密封垫圈159接合形成在阀杆242上的肩部245，螺母270被螺接到第一螺纹端244，以将底部密封垫圈159、隔膜152、隔膜板154、弹簧座156和顶部密封垫圈158压紧在肩部245和螺母270之间，并将隔膜组件150固定到阀杆组件240。套筒250布置在阀杆242的一部分的上方，以在阀杆242和套筒250之间提供从套筒250的底端到穿过阀杆242形成的孔248附近的区域的环形空间252，并延伸穿过阀笼230中的孔隙234。控制部件260，在本实施例中为阀盘，其布置在套筒250的一端的上方，登记盘262布置在阀杆242的第二螺纹端246的上方，邻近控制部件260。控制部件260和登记盘262通过螺母280被固定到阀杆242和套筒250。因此，控制部件260被可操作地耦接到阀杆242，使得控制部件260能够响应于阀杆242的移动而相对于座表面222移动，以控制通过流体通道216的流体流动。更具体地，控制部件260能够在闭合位置和打开位置之间移动，在闭合位置上，控制部件260密封接合座表面222以阻止通过流体通道216的流体流动，在打开位置上，控制部件260与座表面222分离，流体能够流动通过流体通道216。

在操作中，当控制部件260处于打开位置(即，与座表面222分离)时，过程流体在入口压力下经由入口212进入本体200，并流动通过阀座插入件220、穿过控制部件260，并在下游压力下经由出口214流出本体200。在下游压力p2下流体的一部分流动通过外部控制线路(未图示)并通过下壳体120中的开口132传递到腔室140的下部分144中。在出口214处对于操作流体的增加需求将导致下游压力减小，这将减小腔室140的下部分144中的压力，并进而减小施加到隔膜152上的向上压力，由此允许弹簧180向下移动隔膜152和阀杆组件240。这进而打开了控制部件260(即，进一步远离座表面222移动控制部件260)，并供给更多的操作流体到系统来满足增加的需求。相反地，在出口214处对于操作流体的减小的需求将导致下游压力增加，这将增加腔室140的下部分144中的压力，并进而增加施加到隔膜152上的向上压力，由此向上移动隔膜152和阀杆组件240。这进而进一步封闭控制部件260(即，移动控制部件260更靠近座表面222)来减小操作流体到系统的供给以满足减小的需求。

当调节器10在稳态条件下运行时，稳定器组件118的稳定器封闭，仅小孔打开来稳定正常的操作。当调节器10响应于下游压力的增加时，腔室140的下部分144中的压力增加并且隔膜152向上移动。当隔膜152向上移动时，腔室140的上部分142中的空气的运动迫使稳定器组件118的下部出口稳定器向上，这允许腔室140的上部分142中的空气迅速地排放到大气并最小化隔膜152的运动中的任何延迟。当调节器10响应于下游压力的减小时，下部分144中的压力减小并且隔膜152向下移动。当隔膜152向下移动时，空气快速通过稳定器组件118来填充在腔室140的上部分142中形成的部分真空，这迫使稳定器组件118的上部出口稳定器封闭。然后，流动通过上部出口稳定器的网的空气能够打开下部出口稳定器，以允许空气从大气流入腔室140的上部分142中。

当控制部件260打开时，过程流体从入口212流入，穿过阀座插入件220(并因此穿过流体通道218)，并在控制部件260的边缘上方流动到达出口214。当过程流体通过阀座插入件220并在控制部件260的边缘上方流动时，过程流体可施加向上力或向下力到控制部件260，这因而能够通过抵消或增加由隔膜152上的出口压力施加的向上力来干涉调节器10的操作。这在高流动状态下是特别有问题的，其中在控制部件260的平坦的底侧上以高速度流动或行进的过程流体产生吸力(即，向下力)，其移动控制部件260进一步远离座表面222超出预期，由此打开调节器10超出预期。这在调节器10在低出口压力下运行时也是特别有问题的，其中由在控制部件260的平坦的底侧上流动或行进的过程流体所产生的即使小的吸力也能用来移动控制部件260进一步远离座表面222超出预期。在这两个情形下，下游出口压力可能升高超出精确度，由此限制了调节器10的能力。

因此，本公开提供了一种控制部件500，当在调节器10中实施时，能够最小化由在高流动状态和低出口压力下的过程流体所产生的吸力，由此减小(如果没有消除)不理想的“升高”，并改进调节器10的精确度。为此，控制部件500大体上被设置成使得高速流体流动被基本上踢开(kickoff)或者引导远离控制部件500的底侧。这能够通过下面详细描述的多种不同的方式来实现。

图2a和图2b示出了采取阀垫600的形式的控制部件500的一个实施例。阀垫600具有由顶侧或顶表面604、底侧或底表面608以及在顶侧604和底侧608之间的圆周边缘612所形成的本体602。阀垫600还包括向下延伸的外缘或唇部616，其可以与本体602一体地形成或者分开制造然后耦接到本体602。外缘或唇部616从本体602的一部分(例如，圆周边缘612)延伸到底侧608下面的位置。圆周边缘612和外缘616可以但不是必须具有大于阀垫600的直径d的组合长度l。在图示的实施例中，外缘或唇部616与圆周边缘612径向地对齐，使得圆周边缘612和外缘616具有相同的直径。然而，在其它的实施例中，外缘或唇部616可以相对于圆周边缘612径向向内或者径向向外布置。

如图2b中最佳地所示，阀垫600具有沿着阀垫600的中心纵向轴线624从其贯穿形成的通孔620。通孔620的尺寸适于容纳阀杆242的末端628。在本实施例中，阀杆242的末端628是螺纹的，使得具有螺纹内表面的紧固件632(例如，固定螺母)能够螺接到阀杆242上，以将阀杆242耦接(例如，固定连接)到阀垫600，如图2b中所示。应该理解的是由于阀垫600的结构，紧固件632凹陷入阀垫600中。

当阀垫600如此耦接到阀杆242并且调节器10运行时，阀垫600使得可能由于在高流动状态和低出口压力下的过程流体所产生的吸力最小化。当阀垫600打开使得过程流体从入口212流经阀座插入件220(并因此经过流体通道218)时，过程流体将沿着圆周边缘612和外缘或唇部616流动到出口214。尽管一些过程流体可能在过程中到达阀垫600的底表面608，但是外缘或唇部616将保持或者引导大多过程流体远离阀垫600的底表面(即，阀垫600的底侧)608流动。因此，仅最小量的吸力将由过程流体产生并施加到阀垫600的底表面608，即使在高流动状态和低出口压力下。接着，阀垫600帮助减小不需要并且不理想的“升高”，促进更精确的压力调节器10。而且，通过将紧固件632(即，阀杆242和阀垫600之间的连接件)凹陷入阀垫600内，紧固件632基本上没有暴露于流动通过调节器10的流体。这还有助于特别是在过程流体以高速流动时减小可能由穿过紧固件632的底部流动的过程流体所产生的吸力。

应该理解的是控制部件500可以变化并且如所期望的仍促进更精确的调节器10。在一些实施例中，控制部件500可以为阀塞、阀盘或其它类型的控制部件。控制部件500可以在形状、尺寸和/或结构上变化。如图3中所示，例如，控制部件500采用阶梯状阀垫700的形式，其具有多个(在该实施例中为2个)不同尺寸的环形部分704、708。第一环形部分704限定顶侧或顶表面712，第二环形部分708限定底侧或底表面716。第二环形部分708具有大于第一环形部分704的直径，使得通过调节器10流动的过程流体大部分被保持或引导远离底表面716，由此将由过程流体所产生并施加于底表面716的吸力的大小最小化。而且，代替于外缘或唇部616，控制部件500可通过利用凹形的底表面608、底表面608的不同形状或利用能够实现相同功能的其它特征来将过程流体从底表面608踢开。此外，在一些实施例中，如所期望地，基于给定的应用，通过调节外缘616的高度、控制部件500的直径、外缘616的位置(castling)或者其它的方式，控制部件500所提供的“升高”的量可以增加或减小。

现在转向图4，装备有常规控制部件诸如控制部件260的流体调节装置的性能将与装备有根据本发明的教导所构造的控制部件诸如阀垫600或阀垫700的流体调节装置的性能进行对比。

图4示出了具有常规控制部件诸如控制部件260的流体调节装置的两条流动曲线(1)和(2)，具有根据本发明的教导所构造的控制部件诸如阀垫600的调节器的两条流动曲线(3)和(4)，以及具有根据本发明的教导所构造的控制部件诸如阀垫700的流体调节装置的两条流动曲线(5)和(6)。在由图4提供的图表中所示的数据所表现的每个测试中，流体调节装置被设定为具有87磅/平方英寸(psig)的入口压力以及根据流速进行测量的出口压力p2。图4中所示的图表的y轴对应于测量的出口压力p2，以psig测量，图4中所示的图表的x轴对应于流速，标准立方英尺/小时(scfh)。从图4的图表可以看出，在低流速(0～50000scfh)下每个流体调节装置的出口压力p2相似，但是具有常规的控制部件的流体调节装置在高流速(50000～250000scfh)下飙升或急剧增加。该飙升是沿着控制部件260的底侧在高速度下流动的流体所产生的吸力的结果。同时，对于具有根据本发明的教导所构造的控制部件的流体调节装置，出口压力p2即使在高流速下也相对稳定。这种增加的稳定性，其提供了更精确的流体调节装置，是将流体从控制部件的底侧踢走以及将连接阀杆和控制部件的紧固件凹陷入控制部件内的意外结果。

从前述内容可以看出本公开有利地提供了一种用于流体调节装置的改进的控制部件，其有效地减小了由流动通过流体调节装置的过程流体所产生的吸力。该减小有利地增加了流体控制装置的出口压力的稳定性，由此改进了流体调节装置的精确度。

这里描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的实施本发明的最佳模式。尽管这里图示并描述了多个实施例，但是本领域技术人员将理解不同实施例的细节不需要是相互排斥的。相反地，本领域技术人员通过阅读这里的教导应该能够将一个实施例的一个或多个特征与其它实施例的一个或多个特征相组合。此外，还应理解的是图示的实施例仅仅是示例性的，不应该用来限制本发明的范围。除非这里表明或者上下文明显矛盾，这里描述的所有方法能够以任何适当的次序进行。这里提供的任何和所有实施例或示例性的语言(例如，“诸如”)仅用来更好地说明本发明的示例性实施例的方面，并非限制本发明的范围。说明书中的任何一句话都不能被解释为未被权利要求所保护的元素对于实施本发明是必不可少的。